芯轴零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计.doc

第 17 页 共 17 页机械制造工艺与机床夹具课 程 设 计 说 明 书设计题目：设计“芯轴”零件的机械加工工艺规程及工艺装备（生产纲领：4000件）班 级： 设 计 者： 指导教师： 评定成绩：设计日期 2008年5月至6月 目 录设计任务书 课程设计说明书正文序言一、零件的分析二、工艺规程设计（一） 确定毛坯的制造形式（二） 基面的选择（三） 制定工艺路线（四） 机械加工余量和工序尺寸以及毛坯尺寸的确定（五） 确定切削用量及基本工时三、专用夹具设计（一） 设计主旨（二） 夹具设计 四、课程设计的心得体会参考文献机械制造工艺与机床夹具课程设计任务书设计题目 设计“芯轴”零件的机械加工工艺规程及工艺装置（生产纲领4000件）设计内容： 1、课程设计说明书正文序 言机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学生活中占有十分重要的地位。就我个人而言，我希望能听过这次课程设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。一、零件的分析 （一）零件的作用 题目所给的零件是芯轴。芯轴是回转类零件，主要用于和别的零件进行装配。所以芯轴要有一定的配合精度以及表面接触强度，还有要有足够的刚度和耐磨性，以满足使用要求。 （二）零件的工艺分析 该零件是轴类零件，形状不太复杂，尺寸精度要求比较高。零件的主要技术要求分析如下： (1)35的外圆和53的凹槽,都有很高的尺寸精度要求,主要是为了和其装配件很好的装配。(2)在77的外圆切了一个槽,槽的两面和77的端面有一定的角度要求。 (3)在77的端面上打了5个m8的螺纹孔,要注意他们的相互位置。二、工艺规程设计 (一)确定毛坯的制造形式零件的材料为45钢.考虑到芯轴在工作过程中会受到一定的载荷,因此选择锻件,以使金属纤维不被切断,保证零件工作可靠.由于零件年产量为4000件,已达到大批生产的水平.而且零件的轮廓尺寸不大,故可采用模锻成型,这对于提高生产率,保证加工质量也是有利的。(二)基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。1.粗基准的选择对于一般的轴类零件而言，以外圆作为基准是完全合理的。按照有关粗基准的选择原则（即当零件又不加工表面时，应以这些不加工的表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现在应为都要加工就要结合加工工艺来确定粗基准，现取77的外圆作为粗基准，利用三爪卡盘装夹。利用不完全定位来加工工件。2.精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。 (三)工艺路线的制定制定工艺路线的相互发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度要求等技术能得到合理的保证.在生产纲领已确定为大批生产的条件下,可以采用万能机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率.除此以外,还应考虑经济效益,以便降低生产成本。1.工艺路线方案一:工序1: 车端面,打中心孔, 车77的外圆表面，倒角。工序2: 调头车另一端面,打中心孔, 车35+0.0160和40的外圆，倒角。工序3: 修研两端中心孔。工序4: 半精车35+0.0160的外圆表面并切槽。工序5: 铣53+0.0740的凹槽。 工序6：钻m8螺纹的底孔,倒角，攻螺纹工序7: 铣90度的槽。工序8: 磨35+0.0160的外圆表面。工序9：终检。工序10：入库。2.工艺路线方案二： 工序1：铣端面，打中心孔。 工序2：掉头铣另一端面，打中心孔。 工序3：车35+0.0160和40的外圆，掉头车77的外圆。 工序4: 半精车35+0.0160的外圆表面并切槽。工序5：钻m8螺纹的底孔，倒角，攻丝。工序6: 铣53+0.0740的凹槽。工序7：铣90度的槽。工序8: 磨35+0.0160的外圆表面。工序9：终检。工序10：入库. 3.工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是在车床上用三爪卡盘装夹，车一端面在打中细孔，然后用顶尖顶住来车外圆再掉头加工另一端，以此为基准来完成后面的工序。方案二则与之不同，是先铣削好两个端面，打中心孔，以此为基准来加工余下的工序。经比较可见，先加工好一端面和它所在端的外圆，以此为基准来加工后面的工序，这是的位置和尺寸精度较易保证，并且定位也较方便。在加工螺纹和铣凹槽的时候，方案一中的工序6、7、8，虽然只是在加工的先后顺序不同，这样的话可能会造成钻孔时的让刀。故决定将方案二中的工序5、6、7移入方案一。具体工艺过程如下：工序1: 车端面,打中心孔,车77的外圆表面，倒角。工序2: 调头车另一端面,打中心孔,车35+0.0160和40的外圆，倒角。工序3: 修研两端中心孔。工序4: 半精车35+0.0160的外圆表面并切槽。工序5：钻m8螺纹的底孔，倒角，攻丝。工序6：铣53+0.0740的凹槽。工序7：铣90度的槽。工序8: 磨35+0.0160的外圆表面。工序9：终检。工序10：入库以上方案大致看来还是合理的。但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能的加工手段之后，发现仍有问题，主要表现在螺纹加工以后加工90的槽的时候零件定位困难，且夹具设计麻烦价格高。如果先加工90的槽的话不但夹具设计简单而且加工成本较低。还有在铣53的凹槽是铣刀直径太大，买的话价格较高。故先铣一个较小的槽后在用车刀车到相应的尺寸。因此，最后的加工路线确定如下：工序1: 车端面, 打中心孔,车77的外圆表面，倒角。工序2: 调头车另一端面, 打中心孔,车35+0.0160和40的外圆，倒角。工序3: 修研两端中心孔。工序4: 半精车35+0.0160的外圆表面并切槽。工序5：铣90度的槽。工序6：钻m8螺纹的底孔，倒角，攻m8的螺纹。工序7：铣30的槽。工序8: 车53+0.0740的凹槽。工序9: 磨35+0.0160的外圆表面。工序10：终检。工序11：入库。以上工艺过程详见附表机械加工工艺过程卡片和附表机械加工工序卡片。（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“芯轴”零件材料为45钢，生产类型为大批生产，可采用在锻锤上合模模锻毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定个加工表面的机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸如下：1.外圆表面（35、40和77） 查机械制造工艺设计简明手册（以下简称工艺手册）表2.2-14，其中锻件重量为4kg，锻件复杂形状系数为s1，锻件材质系数取m1，锻件轮廓尺寸（直径方向）180315mm，其余量值规定为1.72.2mm，现取2.0mm。2.外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差查工艺手册表2.2-25，其中锻件重量为4kg，锻件复杂形状系数为s1，锻件材质系数取m1，锻件轮廓尺寸（直径方向）120180mm，故长度方向偏差为（+1.2；-0.6）mm.长度方向的余量查工艺手册表2.2-25，其余量值规定为1.72.2mm,现取2.0mm。3.m8螺纹孔参照工艺手册表2.3-20确定m8螺纹的底孔直径为7。 （五）确定切削用量及基本工时工序1：车端面, 打中心孔,车77的外圆表面，倒角。本工序采用计算法确定切削用量。1. 加工条件工件材料：45钢，正火，模锻。加工要求：粗车77端面及77的外圆，77的端面和外圆表面的粗糙度值为r12.5。机床：ca6140卧式车床。刀具：刀片材料为yt15，刀杆尺寸为16mmx25mm,kr=90,o=15,o=8,r=0.5mm 2.切削用量计算(1)车77端面。1）确定端面最大加工余量：已知毛坯长度方向的加工余量为2+1.2考虑7的模锻拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量zmax=7mm,故实际端面余量可按zmax=7mm考虑，分三次加工，ap=3mm计。 2）确定进给量f:根据机械制造工艺与机床夹具课程设计指导表2-19，当刀杆尺寸为16mmx25mm,ap3mm，以及工件直径为81mm时 f=0.50.7mm/r按ca6140车床说明书取f=0.51mm/r（参见表3-9） 3)计算切削速度：按切削用量简明手册（第三版）（以下简称切削手册）表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选t=60min）。 vc=(cv*kv)/(tm*apxv*fyv)式中，cv=242,xv=0.15,yv=0.35,m=0.2。kv见切削手册表 .，即 kmv=1.44,ksv=0.8,kkv=1.04,kkrv=0.81,kbv=0.97所以vc=(242x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97)/(600.2x30.15x0.510.35)m/min =108.8m/min 4）确定机床主轴转速： ns=1000vc/dw=1000x108.6/x81=427r/min按机床说明书，与427r/min相近的机床转速为400r/min及450r/min。现选取450r/min。所以实际切削速度v=114.45r/min。 5）计算切削工时：按工艺手册表6.2-1，取 l=40.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0tm=(l+l1+l2+l3)*i/n f=3x(40.5+2)/450x0.51=0.556min (2)车77外圆，同时应校验机床功率及进给机构强度。 1）被吃刀量：单边余量z=2mm，可一次切除。 2）进给量：根据切削手册表1.4，选用f=0.5mm/r。 3）计算切削速度：见切削手册表1.27vc=(cv*kv)/(tm*apxv*fyv)=(242x1.44x0.8x0.81x0.97)/(600.2x20.15x 0.510.35)=110.17m/min 4)确定主轴转速：ns=1000 vc/dw=1000x110.17/x81=433.16r/min按机床选取n=450r/min。所以实际切削速度为 v=dn/1000=x81x450/1000m/min=114.45m/min 5)检验机床功率：主切削力fc按切削手册表1.29所示工时计算 fc=c ap f v k式中，c =2795，x =1.0, y =0.75, n=-0.15 k =(b/650) =(600/650)0.75=0.94, k =0.89所以 fc=2795x2x0.50.75x114.45-0.15x0.94x0.89n= 1318.9n切削是消耗功率pc为pc= fc*vc/6x104=1318.9x114.45/6x104kw=3.175kw由ca6140机床说明书可知，ca6140主电动机功率为7.8 kw,当主轴转速为450r/min时，主轴传递的最大功率为4.5kw，所以机床功率足够，可以正常加工。 6）校验机床进给系统强度：已知主切削力fc=1318.9n，径向切削力fp按,切削手册表1.29所示公式计算 fp=c ap f v k式中，c =1940，x =0.9, y =0.6 n=-0.3 k =(b/650) =(600/650)1.35=0.897, k =0.5所以， fp=1940x20.9x0.50.6x114.45-0.3x0.897x0.5n=258.4n而轴向切削力 ff =c ap f v k式中，c =2880，x =1.0, y =0.5, n =-0.4 k =(b/650)= (600/650)1=0.923,k =1.17于是轴向切削力 ff=2880x2x0.50.5x114.45-0.4x0.923x1.17n=601.7n取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为f= ff+(fc+ fp)=601.7+0.1x(1318.9+258.4)n=759.43n而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530n（见切削手册表1.30），故机床进给系统可正常工作。 7）切削工时： t =(l+l1+l2)/nf式中， l=42, l1=4, l2=0,所以 t =(l+l1+l2)/nf=（42+4+0)/450x0.5min=0.205min 不难看出,以后在ca6140车床上加工此芯轴.只要在主轴转速不变、进给量f0.5mm和被吃刀量ap3mm的情况下,机床进给系统都可正常工作、电机功率都足够.工序2：车调头车另一端面, 打中心孔,车35+0.0160和40的外圆，倒角。1.加工条件加工要求：粗车35+0.0160及35+0.0160和40的外圆，40的外端面和外圆表面的粗糙度值为r12.5而35+0.0160外圆面的粗糙度值为r3.2机床：ca6140卧式车床。刀具：刀片材料为yt15，刀杆尺寸为16mmx25mm,kr=90,o=15,o=8,r=0.5mm 2.切削用量计算(1)车35+0.0160端面。1）确定端面最大加工余量：已知毛坯长度方向的加工余量为2+1.2考虑7的模锻拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量zmax=5.9mm,故实际端面余量可按zmax=5.9mm考虑，分三次加工，ap=3mm计。 2）确定进给量f: 选用和工序1车端面相同的进给量即f=0.51mm/r 3) 计算切削速度: 选用和工序1相同的主轴转速即n=450r/min,故实际速度为:v=dn/1000=x39x450/1000m/min=55.1m/min 4）计算切削工时：按工艺手册表6.2-1，取 l=19.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0 tm=(l+l1+l2+l3)*i/n f =2x(19.5+2)/450x0.51=0.188min (2)车40外圆. 1) 确定加工余量:l=(81-40)/2=20.5 2）确定进给量f: 选用和工序1车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r 3) 计算切削速度: 选用和工序1相同的主轴转速即n=450r/min,故实际速度为:v=dn/1000=x81x450/1000m/min=114.45m/min4) 计算切削工时：按工艺手册表6.2-1，取 l=(81-40)/2=20.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0 tm=(l+l1+l2+l3)*i/n f=2x(20.5+2)/450x0.51=0.196min (3) 车35+0.0160的外圆面,同时应校验机床功率及进给机构强度。 1）被吃刀量：单边余量z=1.8mm，可一次切除。 2）进给量：选用和工序1车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r。 3）确定主轴转速：选用和工序1相同的主轴转速即n=450r/min 4) 计算切削速度：v=dn/1000=x39x450/1000m/min=55.1m/min 5）切削工时： t =(l+l1+l2)/nf式中， l=85, l1=4, l2=0,所以 t =(l+l1+l2)/nf=（85+4+0)/450x0.5min=0.396min工序3: 修研两端中心孔。工序4: 半精车35+0.0160的外圆表面并切槽,同时应校验机床功率及进给机构强度。（1）半精车35+0.0160的外圆表面 1）被吃刀量：单边余量z=0.19mm，可一次切除。 2）进给量：选用和工序1车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r。 3）确定主轴转速：选用和工序1相同的主轴转速即n=450r/min 4）计算切削速度：v=dn/1000=x35.4x450/1000m/min=50m/min5）切削工时： t =(l+l1+l2)/nf式中， l=85, l1=4, l2=0,所以 t =(l+l1+l2)/nf=（85+4+0)/450x0.5min=0.396min （2）切1.7x33的槽1）被吃刀量：单边余量z=1.01mm，可一次切除。 2）进给量：选用和工序1车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r。 3）确定主轴转速：选用和工序1相同的主轴转速即n=450r/min4）计算切削速度：v=dn/1000=x35.02x450/1000m/min=49.48m/min 5）切削工时： t =(l+l1+l2)/nf式中， l=1, l1=11, l2=0,所以 t = (l+l1+l2)/nf =（1+11+0)/450x0.5min=0.054min 工序5: 铣90度的槽。 f =0.08/齿(参考切削手册表3-3)切削速度：参考有关手册，确定v=0.45mm/s,即27m/min.采用高速钢镶齿三面刃铣刀，d =225mm,齿数z=20。则n = 1000v/dw=1000x27/x225=38r/min现选用x63卧式铣床，根据机床使用说明书，取n =37.5r/min,故实际切削速度为 v=d n /1000=x225x37.5/1000m/min=26.5m/min当n =37.5r/min时，工作台的每分钟进给量f 应为 f =f zn =0.08x20x37.5mm/min=60mm/min查机床说明书，刚好有f =60mm/min，故直接选用该值。切削工时：由于所铣的槽表面光洁度不高，粗糙度值为r12.5，故只要粗铣就能达到要求。铣刀的行程为l+l1+l2=90。因此，机动工时为 tm=(l+l1+l2)/f =90/60min=1.5min 工序6：钻m8螺纹的底孔,倒角，攻m8的螺纹。切削用量计算如下： （1）钻孔7mm. f=0.41mm/r(见切削手册表4.2-2)v=12.25m/min(见切削手册表2.13及表2.14，按5类加工性考虑) n =1000x12.25/x25r/min=155r/min按机床选取n =136r/min(按切削手册表4.2-2)所以实际切削速度： v=d n /1000=x25x136/1000m/min=10.68m/min切削工时： t=(l+l1+l2)/n f=(22+3)/136x0.41=0.449min （2）铰孔 （2）倒角0.5x45 （3）攻m8的螺纹工序7： 铣30的凹槽。 f =0.08/齿(参考切削手册表3-3)切削速度：参考有关手册，确定v=0.45mm/s,即27m/min.采用高速钢镶齿三面刃铣刀，d =225mm,齿数z=20。则 n =1000v/dw=1000x27/x225=38r/min现选用x63卧式铣床，根据机床使用说明书，取n =37.5r/min,故实际切削速度为 v=d n /1000=x225x37.5/1000m/min=26.5m/min当n =37.5r/min时，工作台的每分钟进给量f 应为f =f zn =0.08x20x37.5mm/min=60mm/min查机床说明书，刚好有f =60mm/min，故直接选用该值。切削工时：由于所铣的30的凹槽为初加工，后面还要进行车削加工故只要粗铣就行了。铣刀的行程为l+l1+l2=30。因此，机动工时为tm=(l+l1+l2)/f =30/60min=0.5min工序8：车53+0.0740的槽 1）被吃刀量：单边余量z=11.5mm，可四次切除。 2）进给量：选用和工序1车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r。 3）确定主轴转速：选用和工序1相同的主轴转速即n=450r/min4) 计算切削速度：v=dn/1000=x30x450/1000m/min=49.48m/min 5）切削工时： tm=(l+l1+l2)*i/n f式中， l=5, l1=25, l2=0,所以 tm=(l+l1+l2)*i/n f=4x(5+25)/450x0.5=0.534min工序8：磨35+0.0160的外圆表面1）被吃刀量：单边余量z=0.012mm，可一次切除。 2）进给量：选用和工序1车外圆相同的进给量即f=0.5mm/r。 3）确定主轴转速：选用主轴转速n=10000r/min4) 计算切削速度：v=dn/1000=x35.02x10000/1000m/min=1100m/min 5）切削工时： tm=(l+l1+l2)*i/n f式中， l=85, l1=5, l2=0,所以 tm=(l+l1+l2)/n f= (85+5)/10000x0.5=0.018min三、专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。经过与指导老师协商，决定设计第五道工序铣90度的槽的铣床夹具。本夹具将用于x63卧式铣床。刀具为一把高速钢镶齿三面刃铣刀，对工件两个成90度的槽进行加工。（一）设计主题 本夹具主要用来铣90度的槽，加工到工序时，后面的工序与本工序并没有多大的技术要求。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要的问题。（二）夹具设计1.定位基准的选择有零件图可知，所铣的成90度的两个面对零件的轴线是有角度要求的，为了使定位误差为零、所设计的夹具机构简单，这里就选用芯轴轴线为定位基准。为了提高加工效率，缩短装卸工件的时间，采用带孔的盖板来夹紧工件。2.切削力及夹紧力的计算切削刀具：高速钢镶齿三面铣刀，225mm,z=20,则 f=c a f a z/d n式中，c =650,a =3.1,x =1.0,f =0.08mm,y =0.72,a =40mm (在加工面上测量的近似值)n =0.86,d =225mm,q =0.86,w =0,z=20,所以 f=650x3.1x0.08 x40 x20/225n=1456n由于只用一把铣刀，f =f=1456n水平分力：f =f =1601.6n垂直分力：f =f =436.8n在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数k=k1k2k3k4。 式中， k1 基本安全系数，k1=1.5； k2 加工性质系数，k2=1.1； k3 刀具钝化系数，k3=1.1； k4 断续且需系数，k4=1.1。3.定位误差分析由于铣90槽是在轴的外圆加工之后就加工的，所以它在外圆的任何地方铣都行只要保证两个面成90以及规定的尺寸就行，利用v型块定位。因为定位基准和工序基准都位芯轴的轴线，所以基准重合。v型块具有对中性，所以基本位移误差位零。4.夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时，为了提高劳动生产率，应着眼于缩短辅助时间，故选用带孔的盖板来夹紧工件，用螺钉固紧。由于本工序所加工的表面质量不太搞，只要粗铣就行了。夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件加工之前与塞规配合使用很好地对刀；同事，夹具体有一个表面成一定的角度。为的就是很方便的加工出所需的槽；同时，夹具体底面上的一对定位槽可是整个夹具在机床工作台上